Первая часть материала доступна по ссылке.
6. Вычисление: Технологии имитации «живой» встречи
Аннотация: Участники виртуальных созвонов будут чувствовать, что они физически вместе.
Авторы: Коринна Э. Латан и Эндрю Майнард
Подобно тому, как приложения для видеовызовов (Skype и FaceTime) сделали общение широко доступным для потребителей, так и технологии «совместного телеприсутствия» могут вывести виртуальное общение на новый уровень: они могут дать пользователям возможность ощущать физическое присутствие собеседника — вплоть до прикосновений. В таком случае медицинские работники смогут удаленно работать с пациентами, словно они находятся в одной комнате. А друзья и семьи смогут наслаждаться совместным ужином в уютной комнате, даже если они находятся на разных континентах.
Прогресс в нескольких областях сделал эту перспективу осуществимой. Технологии дополненной реальности (AR) и виртуальной реальности (VR) уже становятся достаточно доступными для широкого распространения. Телекоммуникационные компании развертывают сети 5G достаточно быстро, чтобы обрабатывать массу данных из современных сенсорных массивов без задержки. Инноваторы совершенствуют технологии, которые позволяют людям физически взаимодействовать с удаленными средами, включая сенсорные датчики, позволяющие почувствовать, к чему прикасаются их роботизированные аватары. Полное сенсорное погружение, предусмотренное для совместного телеприсутствия, потребует существенно меньшее время задержки, чем это допустимо для видеозвонков.
Несмотря на то, что совместное телеприсутствие все еще находится в стадии становления, все готово для того, чтобы оно развивалось в течение трех-пяти лет.
7. Здравоохранение: Контроль за упаковкой продуктов питания может спасать жизни
Аннотация: Сочетание двух технологий значительно повысит безопасность пищевых продуктов.
Автор: Рона Чандравати и Бернард С. Мейерсон
По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно около 600 миллионов человек страдают от пищевых отравлений. Однако всего пара технологий может уменьшить как эту тенденцию, так и в целом количество пищевых отходов.
Во-первых, инновационное применение технологии блокчейна, более известного благодаря управлению виртуальной валютой, начинает решать проблему прослеживаемости. В то же время улучшенная упаковка пищевых продуктов предоставляет новые способы определения того, хранились ли продукты при надлежащих температурах и могли ли они испортиться.
Блокчейн — это децентрализованная система учета, в которой операции записываются последовательно в нескольких идентичных «регистрах», хранящихся на компьютерах в разных местах. Это делает бесполезным вмешательство в любую бухгалтерскую книгу, создавая заслуживающую доверия запись транзакций. Облачная платформа на основе блокчейна, разработанная для пищевой промышленности, — IBM Food Trust — уже используется крупными продавцами продуктов питания. Интегрируя производителей, дистрибьюторов и розничных продавцов в единую цепочку блоков, Food Trust создает надежную запись прохождения продукта через сквозную цепочку поставок. Тестируя эту технологию, Walmart проследил происхождение испорченного товара за считанные секунды.
Для того, чтобы предотвратить пищевое отравление, исследовательские лаборатории разрабатывают небольшие датчики, которые могут контролировать качество и безопасность пищевых продуктов, которые продаются в ящиках или в индивидуальной упаковке. Например, Timestrip UK и Vitsab International независимо друг от друга создали сенсорные метки, которые меняют цвет, если продукт подвергался воздействию температур, превышающих рекомендуемые, а Insignia Technologies продает сенсор, который медленно меняет цвет после открытия упаковки и указывает, когда пора избавится от продукта. Цвет меняется быстрее, если товар хранится при ненадлежащей температуре.
Препятствием для повсеместного использования датчиков остается их высокая цена. Тем не менее, потребность пищевой промышленности в обеспечении безопасности пищевых продуктов и ограничении отходов продвигает эту технологию вперед.
8. Энергия: Безопасные ядерные реакторы будущего
Аннотация: «Улучшенное» топливо и инновационные реакторы могут способствовать возрождению ядерной энергетики.
Автор: Марк Фишетти
Коммерческие реакторы десятилетиями использовали одно и то же топливо: маленькие гранулы диоксида урана, уложенные внутри длинных цилиндрических стержней из сплава циркония. Цирконий позволяет нейтронам, образующимся в результате деления в таблетках, легко проходить среди множества стержней, погруженных в воду внутри активной зоны реактора, сохраняя самоподдерживающуюся тепловую ядерную реакцию.
Беда в том, что, если цирконий перегревается, он может реагировать с водой и производить водород, который является взрывоопасным. Этот сценарий послужил причиной двух самых страшных аварий на реакторах в мире: потенциальный взрыв в 1979 году и частичное плавление на острове Три-Майл в США, а также взрывы и выброс радиации в Фукусима-Дайити в Японии в 2011 году.
Производители (вроде Westinghouse Electric Company и Framatome) ведут разработку аварийного топлива, которое с меньшей вероятностью перегревается, и, если они это сделают, то смогут производить очень мало водорода. Новые конфигурации могут быть добавлены в существующие реакторы с небольшими изменениями, так что есть шанс ввести их в эксплуатацию в течение 2020-х годов.
Хотя ядерная энергетика застопорилась в США и постепенно сокращается в Германии и других странах, Россия и Китай продолжают работать в этом направлении, так что эти рынки могут быть прибыльными для производителей новых видов топлива.
Россия также вводит другие меры безопасности. Недавние установки в стране и за рубежом, проводимые государственной компанией «Росатом», имеют усовершенствованные «пассивные» системы безопасности, которые могут подавлять перегрев, даже если электроэнергия на станции потеряна, а охлаждающая жидкость не может активно циркулировать. Westinghouse и другие компании также включили функции пассивной безопасности в свои обновленные проекты.
Производители экспериментируют с моделями «четвертого поколения», которые используют жидкую натриевую или расплавленную соль вместо воды для передачи тепла от деления, устраняя возможность опасного производства водорода. Улучшенное топливо и развитие в небольших реакторах могут стать существенным шагом к возрождению атомной энергетики.
9. Медицина и биотехнологии: Хранение данных в ДНК
Аннотация: Система хранения информации о жизненно важных процессах адаптируется для универсальной обработки огромного количества информации.
Автор: Сан Юп Ли
Каждую минуту в 2018 году Google проводил 3,88 миллиона поисковых запросов, люди просмотрели 4,33 миллиона видео на YouTube, отправили 159 362 760 электронных писем, твитнули 473 000 раз и опубликовали 49 000 фотографий в Instagram, сообщает компания Domo. К 2020 году на каждого человека в мире в секунду будет создаваться примерно 1,7 мегабайта данных. Магнитные или оптические системы хранения данных, которые в настоящее время содержат эту информацию, как правило, не могут функционировать больше столетия. Кроме того, для работы центров обработки данных требуется огромное количество энергии. Таким образом, перед человечеством встает серьезная проблема, связанная с хранением информации.
Ученые исследуют альтернативу жестким дискам: хранение данных на основе ДНК. ДНК, состоящая из длинных цепочек нуклеотидов A, T, C и G, является материалом для хранения информации о жизненных процессах. Данные в ней сохраняются в последовательности этих букв, превращая ДНК в новую форму информационных технологий. К тому же ДНК невероятно стабильна, о чем свидетельствует полное секвенирование генома у ископаемой лошади, которая жила более 500 000 лет назад.
ДНК может хранить огромные объемы данных при плотности, намного превышающей плотность электронных устройств. Например, простая бактерия Escherichia coli имеет плотность хранения около 1019 бит на кубический сантиметр, согласно расчетам Джорджа Черча из Гарвардского университета и его коллег, исследование было опубликовано в 2016 году в журнале Nature Materials. При такой плотности все текущие мировые потребности в хранении в течение года могут быть удовлетворены кубом ДНК размером около одного метра.
Перспектива хранения данных ДНК не просто теоретическая. В 2017 году группа Черча в Гарварде приняла технологию редактирования ДНК CRISPR для записи изображений человеческой руки в геном кишечной палочки, которые были считаны с точностью более 90%. А исследователи из Вашингтонского университета и Microsoft Research разработали полностью автоматизированную систему для записи, хранения и чтения данных, закодированных в ДНК.
Последние достижения в методах секвенирования следующего поколения позволяют легко считывать миллиарды последовательностей ДНК. Исследователи могут применять штрих-кодирование — использование последовательностей ДНК в качестве «меток» молекулярной идентификации для отслеживания экспериментальных результатов. Штрих-кодирование ДНК в настоящее время используется, чтобы значительно ускорить темпы исследований в таких областях, как химическая технология, материаловедение и нанотехнологии. Например, в Технологическом институте Джорджии лаборатория Джеймса Д. Далмана научилась быстро выявлять более безопасные генные методы лечения; другие исследователи также работают над методами, которые позволят бороться с лекарственной резистентностью и предотвратить метастазирование рака.
Однако есть и ряд проблем, связанных с распространением системы хранения данных ДНК: это стоимость и скорость записи и прочтения ДНК. Технологии должны стать более доступными, иначе ДНК не сможет конкурировать с электронным хранилищем.
10. Энергия: Сохранение энергии в гравитационном накопителе
Аннотация: «Батарейки» для повсеместного использования альтернативных источников энергии
Автор: Андреа Томпсон
По данным Управления энергетической информации, за последнее десятилетие электроэнергия, вырабатываемая возобновляемыми источниками энергии в США, удвоилась, в основном за счет ветряных и солнечных установок. Однако нестабильный характер этих источников означает, что для масштабирования электросетям нужен способ хранить энергию в то время, когда солнце не светит и нет ветра. Эта потребность вызывает растущий интерес к технологии накопления энергии, в частности, к ионно-литиевым батареям.
По мнению экспертов, литий-ионные аккумуляторы, вероятно, станут доминирующей технологией в течение следующих пяти-десяти лет, и продолжающиеся усовершенствования приведут к тому, что аккумуляторы смогут хранить от четырех до восьми часов энергии.
Но достижение точки, в которой возобновляемые источники энергии и хранение энергии могут справиться с базовой нагрузкой генерации электроэнергии, потребует накопления энергии в более длительные сроки, что будет означать выход за пределы ионно-литиевых батарей. Потенциальные кандидаты включают другие высокотехнологичные варианты, в их числе, например, расходные батареи, которые перекачивают жидкие электролиты и водородные топливные элементы, а также более простые концепции вроде гидроаккумуляции и того, что называется гравитационным накопителем.
Согласно ОВОС, к концу 2017 года в США было развернуто всего три крупномасштабные системы хранения с проточной батареей, а водородные системы коммунального масштаба пока находятся на стадии демонстрации. Правительство США финансирует некоторую работу в этой области, в частности, через Агентство перспективных исследовательских проектов — Энергетика (ARPA-E), но значительная часть инвестиций в эти технологии, как и в хранение энергии в целом, осуществляется в Китае и Южной Корее.
